JPS63285148A - タンタルを含むペロブスカイトセラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、タンタルを含むペロブスカイトセラミックス
の製造方法に関するものである。

ペロプスカイトセラミックスは、圧電体、オプトエレク
トロニクス材料、誘電体、半導体、センサー等の機能性
セラミックスとして広範囲の分野で利用されている。

（従来技術およびその問題点） 重要なペロブスカイト系機能性セラミックスには、タン
タルを含むものが極めて多い。

従来、ペロブスカイト原料粉末の製造法としては、乾式
法が広く行われている。しかしながら、出発原料として
酸化タンタル粉末を使用して乾式法でペロブスカイト原
料粉末を調製する場合、市販の酸化タンタル粉末は粒径
が１μｍ以上と大きいために、得られるペロブスカイト
原料粉末も粒径が１μｍ以上のものとなる。この程度の
粒度のペロブスカイト原料粉末を使用すると焼結性が良
好でなく、また高密度かつ高度な機能の機能性セラミッ
クスを得ることは難しい。

（発明の目的） 本発明は前記のタンタルを含むペロブスカイト系セラミ
ックスの乾式法による合成における欠点を解消すべくな
されたもので、その目的は、共沈法によって分散性の良
いサブミクロン級の変成酸。

化タンタル原料粉末を作成し、該粉末を用いて単なる乾
式法によって易焼結性且つ高密度のペロブスカイト系機
能性セラミックスを製造する方法を提供することある。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明者らは前
記目的を達成すべく鋭意研究の結果、タンタルｔ￥独溶
液と沈澱形成液とを混合してタンタルの沈澱物を形成し
た場合、得られる沈澱物は非常′に凝集したものとなる
が、タンタル溶液とペロブスカイト化合物を構成するタ
ンタル以外の成分の部分量を混合し、この混合溶液と沈
澱形成液とを混合して沈澱物を形成した場合には、凝集
の極めて少ない共沈体が得られ、この共沈体を仮焼する
ことにより、分散性の良いサブミクロン級の粉末（変成
酸化タンタル粉末）が得られることを見出した。さらに
は、この変成酸化タンタル粉末を原料とし、残余のペロ
プスカイト化合物の構成成分の化合物を乾式法によって
混合すれば、サブミクロン級の粉末特性の優れた原料粉
末が容易に得られ、この原料粉末を成型して焼結すると
、焼結助剤を使用しない場合でも極めて高密度のペロブ
スカイトセラミックスが容易に得られることを見出し、
本発明に到った。

すなわち、本発明は、一般式 Ａ　（Ｂ　１／３　Ｔａ２／３）　０３（ただし、Ａは
Ｂａおよび／またはＳｒを示し、ＢはＭＱ　、ｚｎ　、
Ｃｏから選ばれる一種以上を示す、）で表されるペロプ
スカイト化合物を構成するタンタル以外の成分の部分量
と、タンタル溶液との混合溶液を形成し、この混合溶液
と沈澱形成液とを混合して共沈体を形成し、乾燥ｆ＆７
００〜１３００”Ｃで仮焼する第１工程、 第１工程の仮焼物と、残余のペロプスカイト化合物の構
成成分の化合物を混合して７００〜１５００℃で仮焼す
る第２工程、 第２工程の仮焼粉末を成型して９００〜１７００℃で焼
結する第３工程とからなることを特徴とするタンタルを
含むペロブスカイトセラミックスの製造方法に関する。

なお、本発明においては、これらのＡ成分と（Ｂ１／３
Ｔａ２／３）成分のモル比が１．０より高い値、もしく
は低い値にずらしたものも含む。

以下、本発明の各工程について説明する。

第１工程： タンタル溶液を調製するための化合物としては、五塩化
タンタル、水酸化タンタル等が挙げられ、溶媒としては
水、アルコールが通常使用される。

タンタル溶液に溶解するペロブスカイトの構成成分の化
合物としては、それらの水酸化物、炭酸塩、オキシ塩、
硫酸塩、硝酸塩、塩化物等の無機塩、酢酸塩、しゆう酸
塩等の有機酸塩等から適宜選択される。これらは一般に
水溶液として使用されるが水に可溶でない場合には酸を
添加して溶解させればよく、不溶原料については懸濁溶
液として使用してもよい、また水溶液のかわりにアルコ
ール溶液を使用してもよい。

本発明において、「タンタル以外の成分の部分量」とは
、 （１）タンタル以外の一成分の部分量、あるいは二種以
上の成分のそれぞれの部分量 および／または （２）タンタル以外の一成分の全量、あるいは二種以上
の成分のそれぞれの企及で、かつ全成分の全量でない を念珠する０例えば、ペロプスカイト化合物がタンタル
とタンタル以外の２成分Ｘ、Ｙから構成されている場合
、タンタル以外の成分の部分量としては、 ■Ｘの部分量 ■Ｙの部分量 ■Ｘの部分量およびＹの部分量 ■Ｘの部分量およびＹの全量 ■Ｙの部分量およびＸの全量 ■Ｘの全量 ■Ｙの全量 の７通りが考えられる。

沈澱形成液作成のための試薬としては、アンモニア、炭
酸アンモニウム、苛性アルカリ、しゆう酸、しゅう酸ア
ンモニウムやアミン、オキシン等の有機試薬が挙げられ
る。

得られた共沈体の仮焼温度は、７００〜１３００℃であ
る。７００℃より低いと凝集が顕著に起り、１３００℃
を越えると粒子が粗大化する傾向がある。

また、ペロブスカイト系機能性セラミックスにおいては
、その焼結性や特性を改善するために微量の助剤、例え
ば酸化ホウ素、酸化ビスマス等を添加することもできる
。これらの助剤は第１、第２工程で適当に添加すること
ができる。

第２工程： 第１工程で得られた仮焼粉に、残余のタンタル以外の構
成成分を加えて混合する。混合方法としては、水、アル
コール等の混合溶媒を用いる湿式混合あるいはそれらを
用いない乾式混合のいずれでもよい、添加する成分の化
合物としては、それらの酸化物、炭酸塩、水酸化物等が
用いられる。

この場合、それらの化合物粉末の粒度はサブミクロン級
のものを使用する。

これらの混合物の仮焼温度は、７００〜１５００℃の範
囲であり、固相反応がほぼまたは完全に完了する最低温
度以上で、顕著な粒子成長が生じない最高温度範囲内で
あることが必要である。

第３工程： 第２工程で得られた仮焼粉末を成型して焼結する。焼結
温度は、一般的に９００〜１７００℃の範囲である。９
００℃より低いと焼結が不十分であり、１７００℃を越
えると粒子が粗大化したり、あるいは構成成分の揮発が
起こる。

（実施例） 以下に実施例及び比較例により、本発明の詳細な説明す
る。

実施例１ 塩化バリウム（ＢａＣＪ）２・２Ｈ２０）の水溶液（１
，７モル／ｊ　）２０．ＯＯｍＪＩと五塩化タンタル（
Ｔａ　ＣｕＩ２）のエタノール溶液（２，９４モル／Ｉ
Ｉ　’）４６．２６ｍＪｌとを混合した。この混合水溶
液を撹拌している６Ｎ−アンモニア水１ｊ中に徐々に添
加してＢａ２＋とＴａ５＋の水酸化物共沈体を得た。

これを洗浄、乾燥した後、９００℃で仮焼して変成酸化
タンタル粉末を作成した。

この粉末の平均粒子径は０．２１μｍであった。

該粉末１７．５８３ｇと市販のＢａＣｏ３粉末１４．３
２９ｇおよびＭｇＯ微粉末１．２８４ｇとをボールミル
で一昼夜混合した後、１１００℃で２時間仮焼して Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）０３粉末を得た。その平
均粒子径は０．２５μｍであった。該粉末を１ｔ／ａＪ
で成型したタブレットを空気雰囲気下、１４５０℃で２
時間焼結した。

得られたものの密度は、理論密度の９９．３％であった
。また電気特性を測定したところ、比誘電率２４．３．
１０ＧＨｚにおけるＱは２００００１：’あった。

比較例１ 市販のＢａＣＢａＣ０３ｌおよびＴａ２０５粉末をＢａ
　　（”１／３Ｔ８２／３）０３の組成になるように配
合し、ボールミルで一昼夜混合した後、１１００℃で２
時間仮焼した。この粉末の平均粒子径は３．７μｍであ
った。該粉末をｉｔ／ｃｄで成型し、実施例１と同様に
して焼結した。

得られたセラミックスの密度は理論密度の９２３％であ
り、電気特性を測定したところ、比誘電率２３．１．１
０ＧＨｚにおけるＱは１００００であった。

実施例２ 実施例１と同様にして作成した変成タンタル粉末１７．
０６８ｇ、市販のＭｇｏ粉末０．３７４ｇ、ｚｎｏ粉末
１．７６０　ｇおよび１３ａＣｏ３粉末１３．８９５ｇ
をボールミルで一昼夜混合した後、１１００℃で２時間
仮焼して ０．７　Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）　０３　０．３
　Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）　０３の組成粉末を得
た。その平均粒子径は０．２６　ノ１ｍであった。該粉
末をｉｔ／−で成型したタブレットを空気雰囲気下、１
４５０℃で１時間焼結した。

得られたセラミックスの密度は、理論密度の９９．４％
であった。また電気特性を測定したところ、比誘電率２
７．８．１０ＧＨｚにおけるＱは１５０００であうな。

比較例２ 市販のＢａＣｏ３、ＺｎＯ１’ｒ’ａ２０５およびＭｇ
ｏ粉末を ０．７Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）０３−０．３Ｂａ
（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）０３の組成になるように配合
し、ボールミルで一昼夜混合した後、１１００℃で２時
間仮焼した。得られた粉末の平均粒子径は２９μｍであ
った。

この粉末をＩｔ／ｃｊで成型し、空気雰囲気下、１４５
０℃で１時間焼結した。

得られたセラミックスの密度は理論密度の９４゜３％で
あり、電気特性を測定したところ、比誘電率２６．９、
・１０ＧＨｚにおけるＱは１１０００であった。

（発明の効果） 本発明の方法によると、第１工程により得られるペロブ
スカイト化合物の構成成分を一部含む酸化タンタル粉末
（変成酸化タンタル粉末）は、二次粒子の極めて少ない
サブミクロン粒子であり、これを使用することによって
、以後単なる乾式法によって、容易にサブミクロン級の
ペロブスカイト原料粉末が得られ、更にこれを原料とし
て理論密度に極めて近い高密度のセラミックスが得られ
るという優れた効果を得られる。また次の効果も得られ
る。

１）仮焼によって得られる変成酸化タンタル粉末が十分
分散されたものが得られるため、仮焼物の粉砕工程を特
に必要としないで、原料粉末として供給できる。

２）該仮焼変成酸化タンタル粉末から乾式法で得られる
ペロブスカイト粉末も単分散状態で得られ、従って粉砕
工程を除いても十分易焼結性且つ高嵩密度の特性を有す
る。

３）極めて高密度のものを要求されるペロブスカイト系
機能性セラミックスをホットプレスやＨＩＰ（熱間ガス
圧焼結）などの操作を省略して単なる固相焼結によって
、かつ焼結助剤を必ずしも使用しないで、理論密度に極
めて近い高密度のものが得られる。

４）優れた粉末特性を有する変成酸化タンタル粉末を大
量生産することによって、数限りない酸化タンタルを含
むペロブスカイト原料粉末及び高性能ペロブスカイト系
機能性セラミックスを極めて安価に供給できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一般式Ａ（Ｂ＿１＿／＿３Ｔａ＿２＿／＿３）Ｏ＿３（
   ただし、ＡはＢａおよび／またはＳｒを示し、ＢはＭｇ
   、Ｚｎ、Ｃｏから選ばれる一種以上を示す。）で表され
   るペロブスカイト化合物を構成するタンタル以外の成分
   の部分量と、タンタル溶液との混合溶液を形成し、この
   混合溶液と沈澱形成液とを混合して共沈体を形成し、乾
   燥後７００〜１３００℃で仮焼する第１工程、 第１工程の仮焼物と、残余のペロブスカイト化合物の構
   成成分の化合物を混合して７００〜１５００℃で仮焼す
   る第２工程、 第２工程の仮焼粉末を成型して９００〜１７００℃で焼
   結する第３工程とからなることを特徴とするタンタルを
   含むペロブスカイトセラミックスの製造方法。